Estructura y función del ARN: transcripción y traducción

Este artículo tiene información relacionada con la estructura y función del ARN. Del mismo modo, explica el proceso de transcripción o manera como se forma ARN usando como “molde” al ADN. Además, describe el proceso de traducción o síntesis de cadenas de aminoácidos para las proteínas, a partir del código transportado por el ARN. ARN es la sigla para ácido ribonucleico.

Estructura y función del ARN

estructura y función del ARN

Figura 1. Estructura y función del ARN. Se muestra el grupo fosfato, el azúcar ribosa y las bases nitrogenadas de cada nucleótido

Al igual que el ADN, el ARN es un ácido nucleico. Sin embargo, hay algunas diferencias importantes entre estas moléculas. El ARN contiene azúcar ribosa, mientras que el ADN contiene desoxirribosa. En lugar de timina, el ARN contiene la base de uracilo. El uracilo forma un par complementario con adenina. Por lo tanto, las cuatro bases en el ARN son citosina, guanina, adenina y uracilo. La figura 1, muestra las fórmulas de los nucleótidos del ARN.

El ARN difiere del ADN en la estructura molecular. Las moléculas de ADN están dispuestas en una doble hélice. Pero las moléculas de ARN tienen formas diferentes.

Hay 3 clases de ARN. ARN mensajero, o ARNm, lleva la información de una proteína particular fuera del núcleo a un sitio específico en un ribosoma. El ARN de transferencia, o ARNt, en el citoplasma se une a un aminoácido libre y lo lleva a un ribosoma. El ARN ribosómico, o ARNr, forma parte de los ribosomas. El ARNr está involucrado en la unión de aminoácidos para formar cadenas de proteínas.

Transcripción: ADN a ARN

Cuando una célula necesita una proteína, se debe hacer una copia exacta del código para esa proteína a partir del ADN. El proceso por el cual el código de ADN se copia en una cadena de ARN se llama transcripción. El proceso comienza cuando las enzimas abren la porción de ADN que codifica la proteína necesaria. Solo se transcribe un lado de la doble hélice del ADN, y esta se denomina cadena sensorial. El otro lado, o cadena anti sentido, puede estar involucrado en silenciar o detener la cadena sensorial en algunas situaciones.

Una vez que el ADN se desenrolla localmente, otras enzimas catalizan la unión de los nucleótidos de ARN libres a las bases expuestas en una de las cadenas de sentido del ADN. El proceso es similar a la replicación del ADN, excepto que la adenina en el ADN se empareja con uracilo en lugar de con timina.

Una vez que se emparejan las bases complementarias, el extremo de fosfato de un nucleótido de ARN se une al extremo de azúcar del siguiente.

Este patrón de unión continúa hasta que se alcanza un terminador en la cadena de ADN. Un terminador indica el final de un código de proteína. Cuando se detiene la transcripción, la cadena de ARN recién formada se desprende de la molécula de ADN.

Preparación del ARNm

En la mayoría de las células, el ARN se somete a un procesamiento adicional antes de abandonar el núcleo. Una secuencia de ARN generalmente contiene nucleótidos adicionales. Estos nucleótidos que no codifican aminoácidos se llaman intrones. Las enzimas eliminan algunos de los intrones antes de que la molécula abandone el núcleo. A medida que se eliminan los intrones, los nucleótidos codificadores, o exones, se unen, formando una cadena más corta. Las enzimas agregan una cadena de bases de adenina a un extremo de la molécula. Se agrega una tapa hecha de otra base al otro extremo. Después de mucha preparación, el ARNm abandona el núcleo.

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Figura 2. La molécula de ARN mensajero, está formada por una sola cadena de nucleótidos

¿Cómo funciona el código?

estructura y función del ARN

Tabla 1.

El ADN lleva el código de aminoácidos en grupos de tres bases de nucleótidos. Al igual que el ADN, el ARNm lleva el código de aminoácidos en grupos de tres nucleótidos. La secuencia de nucleótidos en una molécula de ARNm que codifica un aminoácido específico se llama codón. La secuencia de codones en el ARNm determina qué cadena de aminoácidos se formará durante la síntesis de proteínas. Un codón con la secuencia de bases guanina-uracilo-citosina (GUC), por ejemplo, representa el aminoácido valina. Por lo tanto, un codón es como una palabra de tres letras.

La tabla 1 muestra los codones que se pueden formar a partir de las cuatro bases de ARN. La mayoría de estos codones codifican aminoácidos particulares. El triptófano y la metionina son los únicos aminoácidos con un solo codón. Sin embargo, varios codones pueden codificar el mismo aminoácido. Por ejemplo, la arginina puede estar representada por seis codones diferentes. Como tienen el mismo significado, estos codones redundantes son como sinónimos. Francis Crick, propuso la hipótesis de los codones.

Ciertos codones no codifican ningún aminoácido. Estos codones pueden llevar otra información, como cuándo comenzar o finalizar la construcción de una proteína. Un codón que señala el comienzo de una proteína se llama codón de iniciación. Un codón de terminación señala el final de la síntesis de proteínas.

Una propiedad importante del código genético es que es casi universal. En otras palabras, un codón dado codifica el mismo aminoácido en diferentes organismos. El codón GCU codifica la alanina en las células humanas y las células de una araña o un botón de oro. ¡La idea de que cada uno tenemos nuestro propio código genético está bastante equivocada! Sin embargo, hay algunas excepciones, como las ligeras variaciones que se producen en el código del ADN mitocondrial. 

Traducción: ARN a proteína

Una vez fuera del núcleo, el ARNm viaja a un ribosoma. Los ribosomas pueden flotar libremente en el citoplasma o unirse al retículo endoplásmico. Cuando el ARNm alcanza un ribosoma, el ribosoma se mueve a lo largo de la molécula hasta que alcanza el codón de iniciación AUG. El codón de iniciación se une al ribosoma. El codón después de AUG también se une al ribosoma. El escenario ahora está listo para la síntesis de proteínas.

estructura y función del ARN

Figura 3. estructura y función del ARN: ARN de transferencia.

El proceso de construcción de una molécula de proteína de acuerdo con el código en el ARNm se llama traducción. Un ribosoma traduce la secuencia de bases de ARNm en una secuencia de aminoácidos para formar una proteína. Recuerde que el ARN ribosómico está involucrado en esta etapa de la síntesis de proteínas.

¿Cómo se traen los aminoácidos flotantes a un ribosoma? ¿Cómo se alinean en una secuencia particular? Las moléculas de ARN de transferencia no unidas están dispersas por todo el citoplasma. Las moléculas libres de ARNt se unen a moléculas libres de aminoácidos que flotan en el citoplasma. Esta unión, sin embargo, no es aleatoria. Observe la estructura en bucle de ARNt en la Figura 3. Un bucle de la molécula contiene tres nucleótidos llamados anticodón. El anticodón determina qué aminoácido llevará el ARNt. Por ejemplo, una molécula de ARNt con el anticodón CGA se une a una molécula de alanina.

Mecanismo de traducción

La traducción, que se ilustra en la Figura 4, procede de la siguiente manera:

  1. Una molécula de ARNt con un aminoácido de metionina unido se mueve hacia un ribosoma. Allí, el anticodón del ARNt se une al codón de iniciación del ARNm en el ribosoma.
  2. Otro complejo de ARNt-aminoácido se une al ARNm junto al primer ARNt. Ahora se colocan dos aminoácidos uno al lado del otro. Las enzimas catalizan la formación de un enlace peptídico entre ellas.
  3. El primer ARNt se libera para recoger otra molécula de metionina. Una cadena de dos aminoácidos está ahora unida al segundo ARNt. El ribosoma baja un codón en la molécula de ARNm.
  4. Las moléculas de ARN de transferencia traen más aminoácidos al ribosoma y se repite el proceso de unión.
  5. La síntesis de proteínas se detiene cuando el ribosoma alcanza un codón de terminación en la molécula de ARNm. La cadena de proteínas se libera del ribosoma para su uso.

Una vez que se completa la proteína, el ARN mensajero se cae del ribosoma. El ARNm se descompone en nucleótidos individuales que regresan al núcleo. Sin embargo, si la célula necesita otra molécula de esa proteína, otro ribosoma puede leer el mismo ARNm. Si existe la necesidad de múltiples cadenas de una proteína, varios ribosomas pueden leer simultáneamente una molécula de ARNm. Un grupo de ribosomas unidos a la misma molécula de ARNm se llama polisoma.

estructura y función del ARN

Figura 4. estructura y función del ARN: Proceso de traducción.

Taller de lectura

  1. Nombre las diferencias entre el ADN y el ARN.
  2. Dibuje los nucleótidos del ARN.
  3. Escriba el nombre, la sigla y la función de las tres clases de ARN.
  4. ¿A qué se le llama transcripción?
  5. Describa como se realiza el proceso de transcripción.
  6. ¿Qué le ocurre al ARN antes de abandonar el núcleo?
  7. ¿A qué se le llama codón?
  8. ¿Qué determina la secuencia de codones en el ARN?
  9. De la tabla 1, copie los codones que codifican el aminoácido glicina.
  10. ¿Qué función tienen los codones de iniciación y terminación?
  11. De la tabla 1, copie los codones de iniciación y terminación.
  12. Escriba los 5 pasos del mecanismo de traducción.